Spiegazione necessaria sull'uso di 2 transistor come interruttore

Mi viene suggerito di utilizzare la seguente progettazione per guidare un carico con un microcontrollore. Vorrei sapere perché è necessario utilizzare 2 transistor (n-ch e p-ch) per agire come un interruttore e non solo uno?

Ho cercato su Google e YouTube, e la maggior parte delle pagine utilizzava un transistor (principalmente n-ch) per effettuare un passaggio, come questa pagina:

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_7.html

Potresti spiegarmi i vantaggi o gli svantaggi di avere un tale design (2 transistor) su interruttori a un transistor?

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

transistors switches

— Nima Sajedi
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La tensione I / O digitale, sai di cosa si tratta? Immagino che sia inferiore a 5 V.

— DiBosco,

dipende se lo collego ad Arduino nano sarebbe 5V, se mi collegassi ad Arduino MKRFox1200, sarebbe 3,3V. ma questo schema funziona bene con entrambi. per i transistor ho usato NDP6020P come P-ch e IRL1540N come N-ch che hanno un basso VGS (th), e invece di resistori da 10K, ho usato resistori da 100K.

— Nima Sajedi,

N-ch è IRLI540N e la scheda tecnica è accessibile tramite infineon.com/dgdl/…

— Nima Sajedi

L'articolo a cui fai riferimento parla di circuiti a lato alto e lato basso. Capisci la differenza tra guida alta e bassa? Capisci come un FET di tipo p viene attivato e disattivato rispetto a un tipo n e come vengono caricati i due diversi tipi di FET?

— DiBosco,

vedi anche questa risposta: ricerca continua per comprendere i MOSFET a canale P

— Nick Alexeev

Risposte:

Se l'oscillazione del segnale digitale è di 5 V, è possibile utilizzare solo il FET del canale P finale.

Il vantaggio del circuito a due transistor è che la tensione di alimentazione commutata e la tensione di alimentazione del segnale digitale non devono necessariamente essere le stesse. Il circuito che mostreresti funzionerebbe con la tensione di alimentazione fino alla massima tensione GS che può essere gestita dal secondo FET.

— Olin Lathrop
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Grazie Olin, posso concludere che tutti i circuiti a un transistor hanno la stessa tensione su VSS (che sta per essere commutata) e il livello di tensione del segnale (in questo caso pin GPIO)?

— Nima Sajedi,

@Nima: per un interruttore lato alto, come si vede, generalmente si usa un solo transistor se l'oscillazione del livello logico si estende alla tensione di alimentazione che viene commutata. Altrimenti, il transistor non può essere spento in modo affidabile.

— Olin Lathrop l'

Questo è un interruttore sul lato superiore. La maggior parte dei circuiti che probabilmente hai visto sono interruttori sul lato inferiore. La commutazione del lato superiore aggiunge alcuni problemi interessanti che sono unici per quell'applicazione. Pertanto, ci sono numerose ragioni per il passaggio a due stadi indicato. I due principali sono:

Anche quando la tensione commutata è la stessa della tensione di alimentazione logica, la tensione di uscita logica di alto livello può essere significativamente più bassa della guida. Ciò può comportare la commutazione incoerente di un singolo MOSFET a canale P.
Il gate di un MOSFET è fondamentalmente un condensatore e, poiché il MOSFET a canale P si affida a quel resistore di pull-up per spegnerlo, la dimensione di quel pull-up deve essere relativamente piccola se è necessario commutare rapidamente questa potenza . Come tale, la corrente che devi essere in grado di abbattere attraverso il pull-up quando N-Channel è acceso può essere molto più alta di quanto il tuo GPIO possa affondare.

Benefici addizionali

Il controllo a due stadi consente inoltre di commutare una tensione molto più elevata sul carico rispetto all'alimentazione logica. In teoria è possibile passare al massimo Vds del dispositivo P-Channel con un driver a due stadi. Tuttavia, il circuito dovrebbe essere modificato per limitare la tensione sul gate del canale P sotto Vgs_max. Inoltre, la commutazione del lato superiore di tensioni molto elevate è generalmente problematica.
Utilizzando un piccolo segnale N-Channel per il primo dispositivo è possibile ridurre significativamente il carico capacitivo sul pin GPIO. Ciò riduce la tensione su quest'ultimo e mantiene la tua alimentazione logica meno "rumorosa".

— Trevor_G
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Aggiungendo alla tua risposta, la mia esperienza nel settore (almeno nel Regno Unito) è che questi sono più comunemente chiamati "driver high side" e "driver low side", spesso abbreviati in "HSD / LSD".

— Graham,

Come componente aggiuntivo alla risposta di @ OlinLathrop, l'altra differenza tra il FET del canale P (con o senza il FET del canale N aggiuntivo) e il FET del canale N mostrato nel tuo link è che il canale P è un interruttore laterale (commuta il Vcc sul carico) mentre il canale N è un interruttore lato basso (commuta la terra sul carico).

Per carichi semplici senza I / O aggiuntivi, come LED, motori, ecc., L'interruttore della parte bassa va bene. Per carichi con I / O collegati a circuiti alimentati separatamente, come altri microcontrollori o sensori, si preferisce generalmente mantenere la terra collegata e utilizzare un interruttore high-side.

— DoxyLover
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